最新精编高中人教版选修三高中生物教案学案专题2细胞工程79页.docx

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最新精编高中人教版选修三高中生物教案学案专题2细胞工程79页

2．1

植物细胞工程

2．1.1　植物细胞工程的基本技术

●课标要求

简述植物的组织培养。

●课标解读

1．举例说明植物细胞具有全能性。

2．简述植物组织培养的原理。

3．概述植物组织培养技术。

4．举例说出植物体细胞杂交技术及其应用。

●教学地位

植物细胞工程技术应用广泛，细胞的全能性、植物组织培养技术等内容在必修教材中也有涉及。

本节从具体操作的角度详细地介绍了植物组织培养技术及植物体细胞杂交技术，在历年的高考中也是热门的考点。

●教法指导

1．本节涉及大部分内容学生在必修模块中已经学习过，但植物细胞工程对学生来讲仍然是个新的领域，学习起来有一定的困难，可采用讲授为主，结合讨论的方式进行教学。

2．具体操作中，对于新出现的名词，如试管苗、脱分化、再分化、原生质体等采用讲授式教学，与学习过的内容建立联系时可通过讨论的方式进行。

●新课导入建议

利用教材中微型繁殖的菊花这一材料作为背景，引出“花瓣是怎样长成一株完整的植株的？

植物的花瓣为什么能培育出一株完整的植株？

”等问题，由此导入新课。

课　标　解　读

重　点　难　点

1.举例说明植物细胞具有全能性。

2.简述植物组织培养的原理。

3.概述植物组织培养技术。

4.举例说出植物体细胞杂交技术及其应用。

1.植物组织培养的原理。

（重点）

2.植物组织培养技术。

（重难点）

3.植物体细胞杂交技术及应用。

（重难点）

细胞工程的概念与分类

1.概念

（1）原理和方法：

细胞生物学和分子生物学。

（2）操作水平：

细胞水平或细胞器水平。

（3）目的：

按照人们的意愿来改变细胞内的遗传物质或获得细胞产品。

2．种类

根据操作对象不同，可分为植物细胞工程和动物细胞工程。

植物细胞的全能性

1.概念：

具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞，都具有发育成完整生物体的潜能，也就是说，每个生物细胞都具有全能性的特点。

2．现实表现：

在生物的生长发育过程中，细胞并不会表现出全能性，而是分化成各种组织和器官。

3．原因：

在特定的时间和空间条件下，细胞中的基因会有选择性地表达出各种蛋白质，分化形成不同的细胞，从而构成生物体的不同组织和器官。

1．体细胞具有全能性，由它产生的生殖细胞也具有全能性吗？

为什么？

【提示】　具有。

因为由体细胞产生的生殖细胞虽然遗传物质的含量减少了一半，但仍然含有整套的遗传信息。

植物组织培养技术

1.原理：

植物细胞的全能性。

2．过程：

离体的植物器官、组织、细胞愈伤组织

胚状体或丛芽―→试管苗。

3．脱分化：

已分化的细胞经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞的过程。

4．植物组织培养的条件

（1）离体的植物细胞、组织、器官。

（2）无菌和人工控制。

（3）培养在人工制备的培养基上。

（4）给予适宜的培养条件。

植物体细胞杂交技术

1.概念：

将不同种的植物体细胞，在一定条件下融合成杂种细胞，并把杂种细胞培育成新的植物体的技术。

2．过程：

不同种的植物细胞

不同种细胞原生质体原生质体融合杂种细胞杂种植株。

3．意义：

因为不同种生物之间存在生殖隔离，此项技术在克服不同生物远缘杂交的障碍上，取得了巨大的突破。

2．在去掉细胞壁的时候为什么想到用酶解法，且用纤维素酶和果胶酶？

【提示】　用酶解法是在常温条件下进行的，不会影响原生质体的生命活动。

根据酶的专一性和细胞壁的化学成分，故选纤维素酶和果胶酶处理。

1．植物组织培养技术的原理是植物细胞的全能性。

（√）

2．植物组织培养的过程不需要在无菌条件下进行。

（×）

【提示】　植物组织培养需要在无菌条件下进行，杂菌的污染会导致培养物迅速死亡。

3．植物体细胞杂交与细胞膜的流动性无关。

（×）

【提示】　植物体细胞杂交实质是原生质体融合，其融合的结构基础是细胞膜的流动性。

4．只要将两个去壁的植物细胞放在一起就能发生融合。

（×）

【提示】　原生质体融合需要人工诱导，常用的方法有物理法和化学法。

细胞的全能性

【问题导思】　

①细胞全能性与细胞分化的关系是怎样的？

②植物细胞实现全能性的条件有哪些？

③动物细胞同植物细胞一样都具有全能性吗？

1．细胞全能性的概念

（1）概念：

高度分化的细胞仍具有发育成完整个体的潜能。

（2）原理：

高度分化的细胞虽然由于基因的选择性表达，导致细胞的功能专门化，但该细胞仍然包含本物种全套的遗传信息。

对于生殖细胞而言，由于减数分裂导致染色体数目减半，但生殖细胞中全套的遗传信息依然完整。

2．细胞全能性大小的比较

（1）植物细胞＞动物细胞（动物细胞只有细胞核具有全能性）。

（2）受精卵＞生殖细胞（精子、卵细胞）＞体细胞。

（3）体细胞：

分化程度低＞分化程度高的；细胞分裂能力强的＞细胞分裂能力弱的；幼嫩的细胞＞衰老的细胞。

（4）一般来说，随着细胞分化程度的不断提高，细胞的全能性逐渐降低。

（生殖细胞较特殊，其分化程度高，全能性也高。

）

3．细胞全能性表现的条件

（1）离体状态（未离体的细胞，由于细胞的分化其全能性受到限制，不能表现）。

（2）无菌操作（防止杂菌污染）。

（3）适宜物质的诱导和调节（植物激素主要是生长素和细胞分裂素）。

（4）种类齐全、比例适合的营养物质。

（5）适宜的外界条件（如温度、pH、光照等）。

1．全能性一定是从一个细胞（或细胞核）发育成完整个体中体现出来，反之，不能称为全能性。

如选择干细胞培育成某一器官，其过程不属于细胞全能性的体现。

2．全能性的原理是细胞具有发育成完整个体所必需的“全套”基因而不是“全部”基因，因此含染色体组的配子中有全套基因，同样具有全能性。

　（2013·青岛高二检测）下列有关植物细胞全能性的叙述中，正确的是（　　）

A．植物体只有高度分化的体细胞才具有发育成完整个体的潜能

B．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同

C．植物细胞的全能性是植物体细胞杂交技术的理论基础

D．植物细胞脱分化过程体现了植物细胞的全能性

【审题导析】　本题考查对植物细胞全能性的理解，解题关键是理解植物细胞全能性的含义、原因及表现全能性的条件和过程。

【精讲精析】　植物细胞的全能性是指高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植物体的潜能，实际上只要植物细胞含有本物种生长发育的全套基因就应具有全能性，如配子；植物体内所有体细胞均来源于同一受精卵的有丝分裂，遗传物质应相同；植物体细胞杂交技术的理论基础是植物细胞的全能性；植物细胞脱分化过程并没有发育到完整的植株，不能体现植物细胞的全能性。

【答案】　C

植物组织培养技术

【问题导思】　

①植物组织培养的原理是什么？

具体步骤有哪些？

②在植物组织培养的培养基中经常添加的植物激素有哪些？

1．植物组织培养的原理：

植物细胞具有全能性。

2．植物组织培养的过程

―→

（1）脱分化：

已经分化了的细胞，经过诱导后，失去其特有的结构和功能而转变成未分化细胞状态。

（2）愈伤组织：

排列疏松而无规则，高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞团。

（3）再分化：

脱分化产生的愈伤组织重新分化成根或芽等器官的过程。

3．胡萝卜组织培养流程

在愈伤组织的诱导阶段往往要暗培养（有利于细胞的脱分化产生愈伤组织，如果在光照条件下容易分化产生维管等组织，不利于产生大量的愈伤组织），而在分化再生的过程中一定要有光照。

　下图表示基因型为AaBb的水稻的花药通过无菌操作，接入试管后，在一定条件下形成试管苗的培育过程。

下列相关叙述错误的是（　　）

A．愈伤组织是花粉细胞通过有丝分裂后形成的不规则的细胞团

B．在愈伤组织的形成过程中，必须从培养基中获得水、无机盐和小分子的有机物等营养物质

C．为促进花粉细胞分裂生长，在培养基中应加入适宜浓度的生长素等激素

D．试管苗可能出现的基因型有AABB或AAbb或aaBB或aabb

【审题导析】　解题关键是看清组织培养的材料——花药，即进行花药离体培养，然后结合组织培养的条件依次判断。

【精讲精析】　本题考查植物组织培养技术。

花粉是通过减数分裂形成的，其基因型为AB或Ab或aB或ab，由花粉发育而来的个体未经秋水仙素处理，是单倍体。

【答案】　D

植物体细胞杂交

【问题导思】　

①植物体细胞杂交的原理是什么？

操作流程是怎样的？

②植物体细胞杂交成功的标志是什么？

1．原理

（1）原生质体的融合依赖于细胞膜的流动性。

（2）将杂种细胞培育成杂种植株是进行组织培养的过程，依赖于植物细胞的全能性。

2．操作流程

步骤

图解

做法

原生质体

的获得

杂种细胞

的形成

杂种植株

的产生

酶解法（纤维素酶、果胶酶）去除细胞壁，得到原生质体

通过一定的技术手段（电刺激、聚乙二醇诱导等）进行人工诱导实现原生质体的融合

对杂种细胞，用植物组织培养的方法进行培育

3.实质：

植物体细胞杂交的实质就是两个不同种的植物细胞融合为一个植物细胞的过程，由于杂种细胞具备了双亲的遗传物质，所以得到的杂种植株就有可能具备双亲的遗传性状。

4．原生质体融合成功的标志：

产生新的细胞壁。

植物体细胞杂交成功的标志：

获得杂种植株。

5．值得注意的几个问题

（1）去掉细胞壁的原因

植物细胞外层是没有生命活性的细胞壁，影响细胞融合，因此必须先除去细胞壁，然后再诱导原生质体融合。

（2）诱导原生质体融合的方法

①物理方法：

离心、振动、电激等。

②化学方法：

一般采用聚乙二醇（PEG）进行诱导。

体细胞融合成功以后，既有AB型杂种细胞，还能形成AA型和BB型两种融合细胞，但只有AB型细胞是植物体细胞杂交所需要的杂种细胞，因此在杂种细胞形成后还应有一个筛选过程。

　白菜、甘蓝均为二倍体，体细胞染色体数目分别为20、18。

以白菜和甘蓝进行体细胞杂交可得到“白菜—甘蓝”杂种幼苗。

（1）白菜和甘蓝是两个不同的物种，存在________隔离。

自然条件下，这两个物种间不能通过________的方式产生后代。

从杂交细胞到获得“白菜—甘蓝”杂种幼苗，所依据的理论基础是植物细胞具有______________。

（2）白菜和甘蓝的体细胞在融合前应先用________________处理两种细胞的细胞壁获得原生质体，再用____________作为促融剂诱导原生质体融合进而获得杂种细胞，杂种细胞继续培养，________（填“需要”或“不需要”）要进行脱分化。

（3）经筛选获得的“白菜—甘蓝”杂种幼苗体细胞中的染色体是________条。

【审题导析】　本题主要考查植物体细胞杂交的相关知识，分析如下：

【精讲精析】　

（1）不同物种间存在生殖隔离，自然条件下无法进行有性生殖。

从杂交细胞到杂种幼苗，进行的过程为植物组织培养，其理论基础是植物细胞的全能性。

（2）若获得原生质体应用酶解法去除细胞壁，如纤维素酶、果胶酶。

然后可用PEG作为促融剂诱导原生质体融合，形成杂种细胞后，经脱分化、再分化形成杂种植株。

（3）杂种植株体细胞的染色体数为白菜、甘蓝染色体数之和，即38。

【答案】　

（1）生殖　杂交（有性生殖）　全能性

（2）纤维素酶、果胶酶　聚乙二醇（PEG）　需要

（3）38

本课知识小结

网络构建

结论语句

1．植物细胞的全能性是指具有某种生物全部遗传信息的任何细胞，都具有发育成完整生物体的潜能。

2．植物组织培养的原理是植物细胞的全能性，主要过程包括脱分化和再分化。

3．植物组织培养成功的关键是避免微生物的污染，所有实验用具要严格灭菌，接种过程进行严格的无菌操作。

4．植物细胞融合依据的生物学原理是细胞膜的流动性，融合成功的标志是杂种细胞再生出细胞壁。

5．植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍。

1．细胞具有全能性的原因是（　　）

A．生物体细胞具有使后代细胞形成完整个体的潜能

B．生物体的每一个细胞都具有全能性

C．生物体的每一个细胞都含有个体发育的全套基因

D．生物体的每一个细胞都是由受精卵发育来的

【解析】　全能性是指细胞在一定条件下能发育成完整个体的能力，发育成完整个体需要有全部可以表达的基因。

【答案】　C

2．在离体的植物器官、组织或细胞脱分化形成愈伤组织的过程中，下列哪一项条件是不需要的？

（　　）

A．消毒灭菌　　　　　　B．适宜的温度

C．充足的光照D．适宜的养料和激素

【解析】　形成愈伤组织，需要在消毒灭菌条件下进行。

因为只有在消毒灭菌条件下，才能保证培养出的组织、细胞避免感染，否则培养基内将长出许多霉菌，与离体细胞争夺营养与生存空间，使其不能形成愈伤组织。

由于此阶段形成的是愈伤组织，并没有形成具有根、茎、叶的植物体，因此不需要光照。

【答案】　C

3．（2011·上海高考）下列关于植物组织培养的叙述，错误的是（　　）

A．外植体可以来自于植物的任何细胞

B．培养应在无菌条件下进行

C．以花粉作为外植体可得到单倍体植株

D．不同阶段的培养基中细胞分裂素和生长素的比例不同

【解析】　植物组织培养的原理是细胞的全能性，所以作为植物组织培养的细胞必须有完整的细胞核。

【答案】　A

4．植物体细胞融合完成的标志是（　　）

A．细胞膜发生融合B．产生新的细胞壁

C．细胞质发生融合D．细胞核发生融合

【解析】　植物体细胞融合的过程既有细胞膜、细胞质的融合，又有细胞核的融合。

典型植物细胞的最外层为细胞壁，融合前应去细胞壁，融合成功的标志是再生出新的细胞壁。

【答案】　B

5．有关植物体细胞杂交的叙述，错误的是（　　）

A．有可能把两个植物体的优良性状集中在杂种植株上

B．需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁

C．利用聚乙二醇可以促进原生质体融合

D．植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞

【解析】　植物体细胞杂交之前，需要用纤维素酶和果胶酶去除细胞壁，获得具有活力的原生质体；进行原生质体间的融合，必须要进行人工诱导，如可用聚乙二醇促进原生质体融合；植物体细胞杂交就是将不同的植物体细胞融合成杂种细胞，并将该杂种细胞培育成新的植物体的技术。

【答案】　D

6．（2013·湖南师大附中高二检测）下图为“番茄—马铃薯”的培育过程示意图，请据图回答问题。

（1）在“番茄—马铃薯”的培育过程中，运用了植物细胞工程中的________________技术，原理是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）可用______________________对番茄和马铃薯细胞进行处理获得原生质体；诱导番茄和马铃薯原生质体融合的化学试剂一般用________________________________________________________________________。

（3）愈伤组织常用作诱变育种的理想材料，理由是________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）不同物种生物之间存在着天然的________，用传统的有性杂交方法不可能得到二者的杂种后代，而体细胞杂交可以克服远缘杂交不亲和的障碍。

（5）植物组织培养的培养基中除了含有一定的营养物质之外，还必须含有______________，从而促进愈伤组织的形成和再分化。

【解析】　要形成番茄—马铃薯杂交植株，必须通过植物体细胞杂交。

该技术运用了细胞膜具有流动性的原理及植物细胞具有全能性的原理。

植物体细胞杂交时，首先要用酶解法去除细胞壁，形成原生质体，然后用促融方法促进原生质体融合，常用的化学促融剂是聚乙二醇（PEG）。

愈伤组织具有旺盛的分裂增殖能力，不断进行DNA复制，容易发生基因突变，因此，可施加一些诱导因素，使其发生更多的变异。

自然条件下，物种之间存在生殖隔离。

植物组织培养基除含有水、矿质离子、蔗糖、维生素等营养物质外，还必须含有一定浓度的植物激素，如生长素、细胞分裂素，它们存在的比例不同，可诱导根或芽的分化。

【答案】　

（1）植物体细胞杂交　细胞膜的流动性和细胞的全能性

（2）纤维素酶和果胶酶　聚乙二醇（PEG）

（3）愈伤组织处于不断地分裂状态，容易受到培养条件的影响而产生基因突变

（4）生殖隔离

（5）植物激素（植物生长调节剂）

一、选择题

1．（2012·吉林高二质检）下列有关细胞全能性的叙述，正确的是（　　）

A．植物体只有体细胞才具有发育成完整个体所必需的全套基因

B．高度分化的植物细胞只有处于离体状态时才有可能表现出全能性

C．植物体内某些体细胞没有表现出全能性，其原因是所含基因不同

D．紫色糯性玉米种子培育成植株，这反映植物种子具有全能性

【解析】　A项，细胞具有全能性的原因是细胞具有发育成完整个体所必需的全套基因，而配子也具有这样的全套基因，同样具有全能性，A项错误；C项，植物体内细胞没有表现出全能性，这是细胞内基因在特定时间和空间条件下选择性表达的结果，C项错误；D项，种子发育成植株，是正常的生命历程，不表现细胞全能性。

只有B项是正确的，细胞全能性的表达前提是离体培养的细胞、组织或器官。

【答案】　B

2．韧皮部细胞是高度分化的植物细胞，用韧皮部细胞进行组织培养可以形成愈伤组织，下列叙述错误的是（　　）

A．该愈伤组织是细胞经过脱分化和细胞分裂形成的

B．该愈伤组织的细胞没有全能性

C．该愈伤组织是由排列疏松的薄壁细胞组成

D．该愈伤组织可以形成具有生根发芽能力的胚状结构

【解析】　愈伤组织是由离体的植物器官、组织或细胞通过细胞分裂产生的，此过程称为植物细胞的脱分化。

愈伤组织中的细胞排列疏松而无规则，主要是一种高度液泡化的呈无定形状态的薄壁细胞。

愈伤组织在一定条件下继续培养，细胞会发生再分化，生成芽和根，进而发育成完整植株。

愈伤组织的发生方式主要有不定芽方式和胚状体方式。

其中，胚状体方式是指由愈伤组织细胞诱导分化出具有胚芽、胚根和胚轴的胚状结构，进而长成完整植株。

【答案】　B

3．（2012·南京高二检测）下列关于运用植物组织培养技术产生新个体的叙述，错误的是（　　）

A．属于无性生殖

B．主要理论依据是植物细胞具有全能性

C．培养过程中由于人工培养基含大量营养，不需光照就能发育成完整植株

D．人工培养基中含植物生长发育所需的全部营养物质，包括矿质元素、糖、维生素等

【解析】　植物组织培养属于无性生殖，依据的理论基础为植物细胞的全能性；在培养基中含有植物细胞发育所需要的全部营养物质；组织培养的脱分化阶段不需要光，但是再分化阶段需要光。

【答案】　C

4．（2013·广州高二检测）用高度分化的植物细胞、组织和器官进行组织培养可形成愈伤组织，下列叙述错误的是（　　）

A．该愈伤组织具有分裂能力

B．该愈伤组织的细胞没有全能性

C．植物激素影响该愈伤组织的再分化

D．该愈伤组织形成时要避光处理

【解析】　愈伤组织是植物细胞脱分化和分裂形成的，它是一团没有特定结构和功能并处于旺盛分裂状态的薄壁细胞；愈伤组织的形成过程中要进行避光处理，否则就不利于产生大量的愈伤组织；生长素和细胞分裂素的比例影响着愈伤组织的再分化；愈伤组织的细胞也具有该植物全部的遗传信息，因此该细胞也具有全能性。

【答案】　B

5．将胡萝卜韧皮部细胞培养成幼苗时，下列条件中不需要的是（　　）

A．具有完整细胞核的细胞

B．一定的营养物质和植物激素

C．离体状态

D．导入指示基因

【解析】　本题考查植物组织培养的条件。

植物细胞具有全能性，即每一个细胞中都含有本物种体细胞的全套遗传物质。

在进行组织培养时，需要离体的组织或细胞（具有完整细胞核），需要一定的营养物质和植物激素（细胞分裂素、生长素），不需要导入指示基因。

【答案】　D

6．（2013·蓟县模拟）某科技活动小组将二倍体番茄植株的花粉按下图所示的程序进行实验。

下列根据图示实验的分析，错误的是（　　）

A．植株A高度不育，说明该植物的生殖细胞不具有全能性

B．植株A的细胞能进行正常的有丝分裂，但不能进行正常的减数分裂

C．在植株B的细胞中，通常每对同源染色体上的成对基因都是纯合的

D．由花粉到植株A需要用含有有机物的培养基来培养

【解析】　花粉已培育成一个完整植株A，说明花粉是具有全能性的，A项错误；植株A为单倍体植株，且具有一个染色体组，因此不能进行正常的减数分裂，B项正确；植株A的体细胞中只有一个染色体组，经秋水仙素诱导染色体数目加倍后植株B为纯合体，C项正确；植物组织培养的培养基中应含有蔗糖及其他的有机物，D项正确。

【答案】　A

7．设计植物体细胞杂交实验时，如果期望获得性状优良的作物新品种，不需要考虑的是（　　）

A．亲本细胞的生殖隔离问题

B．选择具有优良性状的亲本

C．亲本细胞的融合技术

D．杂种细胞愈伤组织的诱导和再分化

【解析】　本题考查植物体细胞杂交的应用。

植物体细胞杂交的本质是直接让来源不同的植物细胞相互融合，这两种细胞可以没有任何亲缘关系，也就是说此技术解决了远缘杂交不亲和的障碍，跨越了生殖隔离。

【答案】　A

8．用细胞工程技术将天竺葵与香茅草杂交产生了驱蚊香草，有关培育过程的叙述错误的是（　　）

A．需要用酶解法制备原生质体

B．愈伤组织的代谢类型是自养需氧型

C．克服了远缘杂交不亲和的障碍

D．包含了有丝分裂和细胞分化的过程

【解析】　该过程中需利用植物体细胞杂交技术，需先利用纤维素酶和果胶酶处理，以制备原生质体；愈伤组织细胞不能进行光合作用，需利用培养基中的有机物；其代谢类型应为异养需氧型，B项错误；该技术克服了天竺葵与香茅草之间的种间障碍，杂种细胞培育成完整植株包括了有丝分裂、及细胞分化为茎、叶、根等过程，C、D项正确。

【答案】　B

9．（2013·武汉高二月考）“白菜—甘蓝”是用细胞工程的方法培育出来的蔬菜新品种，它具有生长期短和耐储藏等优点。

下图是“白菜－甘蓝”的培育过程示意图，下列描述错误的是（　　）

A．培育过程中，实现①②过程常用的物质为纤维素酶和果胶酶

B．过程③的诱导方法有物理法和化学法两种

C．⑤过程中进行的细胞分裂方式是减数分裂，形成的杂种植物幼苗遗传物质发生改变

D．植物体细胞杂交方法的优点是克服远缘杂交不亲和的障碍

【解析】　本题考查植物体细胞杂交技术和识图能力。

根据植物体细胞杂交技术可以确定①②是利用纤维素酶和果胶酶除去细胞壁得到原生质体；③是原生质体融合形成融合的原生质体，遗传物质发生了改变，是白菜细胞和甘蓝细胞遗传物质的集合，通过有丝分裂增加细胞数目；植物体细胞杂交克服了远缘杂交不亲和的障碍。

【答案】　C

10．在植物细胞工程中，当原生质体融合成一个细胞后，需要诱导产生出细胞壁，参与这一过程的细胞器是（　　）

A．叶绿体、高尔基体

B．线粒体、高尔基体

C．叶绿体、线粒体

D．线粒体、内质网

【解析】　本题考查细胞壁的形成。

细胞壁的形成过程与高尔基体密切相关，因为高尔基体产生的许多小囊泡聚集形成了细胞壁的前体